永磁调速器在集输泵站上的应用

点击量：1774   日期：2019-05-22       1 永磁调速器需求背景

      永磁调速是国际上近几年发展起来的一项新的调速节能技术，主要用于中大功率、中高压电机拖动系统软启动及离心负载的调速节能。具有效隔离降低振动、安装简单、运行可靠、无谐波污染电网、寿命长、维护费用少、环境要求低、与电压等级无关等特点。

      油气集输总厂东营原油库4#输油泵机组是中石化胜利油田分公司外输外销主要设备，主要由6 kV异步电动机容量680kW和扬程128米的离心泵等组成，固定流量输送，当调整输油输量时，采取旁通调节开度的方式来满足生产需求，存在严重的节流损耗问题。经过多方考察，决定采用水冷型永磁调速器，对原油输油泵机组进行改造。

      2 永磁调速器组成及原理
      第一代永磁调速技术由美国MagnaForce公司于1999年推出，国内由中达电通股份有限公司代理，其原理如下图1：
      导体盘转子安装在电机侧，永磁盘转子安装在负载侧，通过调节机构调整两者间的气隙来改变传递的扭矩大小，从而改变负载侧转速，实现节能。气隙最小时传递扭矩最大、转速最高，气隙增大、传递扭矩变小、转速降低。
      第二代永磁调速技术根据引进设备的调速原理设计制造：
      2.1 结构组成
      永磁调速器主要由导体转子、永磁转子和调节器三部分组成。
      永磁转子安装在负载轴上，在导体转子内，其间由空气隙分开，并随各自安装的旋转轴独立转动；导体转子安装在电机轴上，永磁场在导体转子上产生涡流，又产生感应磁场与永磁场相互作用；调节器调节永磁转子与导体转子在轴线水平方向的相对位置以改变导体转子与永磁转子之间相互作用的面积，实现改变导体转子与永磁转子之间传递转矩的大小。
      2.2 工作原理
      筒形导体转子安装在电机侧，筒形永磁转子安装在负载侧，筒形永磁转子在筒形导体转子内，其间由空气隙分开，通过调节两者在轴线方向的相对位置，改变两者间的啮合面积，实现传递转矩大小的改变。啮合面积越小，传递扭矩越小，转速越低。
      导体转子（安装在输入轴上）通过联轴器与电机相连， 永磁转子（安装在输出轴上）通过联轴器与输油泵相连，当电机带动导体转子转动时，导体转子与永磁转子产生相对运动，永磁场在导体转子上产生涡流，同时涡流又产生感应磁场与永磁场相互作用，从而带动永磁转子沿与导体转子相同的方向转动，结果是将输入轴的转矩传递到输出轴上；输出转矩的大小与相互作用的面积相关，作用面积越大，扭矩越大，反之亦然。
      永磁转子在调节器作用下，沿轴向往返移动时，永磁转子与导体转子之间的相互作用面积发生变化。作用面积大，传递的扭矩大，转速高；作用面积小，传递的扭矩小，转速低；永磁转子与导体转子完全脱开，作用面积为零，永磁转子转速为零，即负载转速为零。
      3 设备改造过程
      3.1 系统现状
      油气集输总厂原油库有大量的离心式输油泵等设备。该类设备的通常运行方式为固定转速，通过泵进出旁通阀回流调节输油泵排量的大小。随着电力系统的变化和输量的要求越来越高，机组负荷调节深度越来越大，负荷调节幅度和频次随之增大。旁通阀调节方式运行效率越来越低，能耗浪费很大。对于该类设备采用调节转速的方式运行，是节能降耗的有效途径。
      3.2 系统选择
      3.3 改造内容
      将电机和泵之间的联轴器改为生产的永磁调速器（型号为：ALTH-780），并通过已有的DCS实现自动控制。自动控制系统构成包括：永磁调速器、电动执行机构、温度传感器、速度传感器、远程控制中心。
      改造过程：（1）电机基础加长：根据现场实际测量，将电机向后移1655mm。（2）将电机轴与泵轴找正后，把永磁调速机构分别安装在泵轴和电机轴上，控制间隙在3-5mm之间。（3）安装电动执行机构、温度传感器、速度传感器等。（4）安装水冷却系统，包括两台供水循环泵、一个散热器和一个2立方米不锈钢循环水箱。
      3.4 应用效果预测
      当输出流量和压力减少时，按照离心负载的相似定律，电机功率急剧下降，减少了能源需求，从而起到节能的作用。从另一个角 度讲，对于油田使用的各种离心式负载，其工作点是泵H-Q曲线与管网H-Q曲线的交点，与阀控调节相比，电机调速调节无需改变管网H-Q曲线，从而在保证流量调节需要的情况下，达到输入能量最小的目的。
      4 结论
     （1）通过调速器改造可节约由于节流造成损失的电量的20%～60%；
     （2）可减少振动对环境造成的噪声污染，减少对操作工人噪声危害。
     （3）实现了远程调控输油泵排量，减轻了工人劳动强度。